对家具中甲醛释放量的取样及测定方法的探讨精.docx
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对家具中甲醛释放量的取样及测定方法的探讨精
对家具中甲醛释放量的取样及测定方法的探讨
1.前言
家具是人们生活中不可缺少的大量使用的消费品，同时也是室内建筑装饰装修中占有很大比例的产品，与人们日常生活与健康有着密切的联系。
近年来，随着家具需求量的逐年递增，家具的污染问题也愈加突出。
据中国室内装饰协会室内环境检测中心提供的资料表明[1]，由家具造成的室内空气污染，已经成为继建筑污染、装饰污染之后的第三大污染源。
家具产生的有害物质包括游离甲醛及其它挥发性有机化合物，重金属以及放射线等，其中以游离甲醛最为突出[2]。
为了规范市场，保护消费者的合法权益，同时也是为我国加入WTO以后，提高我国家具企业在国内外市场中的竞争力，打破绿色壁垒等非关税性贸易壁垒，促进技术进步，由国家质量监督检验检疫总局制定的《室内建筑装饰装修材料有害物质限量标准》（以下简称“标准”）已于2001-12-10正式发布，其中包括了人造板、家具等10项室内建筑装饰装修材料的强制性国家标准，并且到2002年的7月1日，将强制执行。
为此，国家质检部门，各人造板、家具的生产和经营部门都在积极行动，为其产品达标而奔忙。
在此行动中，也遇到了各种各样的问题，其中标准中的取样问题和测试方法问题，疑问较多。
为了推进标准的顺利、快速、有效地实施，我们有必要对标准本身及其实施过程、效果进行调查、分析、研究和讨论。
下面，就标准中家具甲醛释放量的取样及测定方法进行一些探讨，以引起行业对标准的关注和讨论。
2.标准中规定的取样方法
GB18584-2001《室内装饰装修材料－木家具中有害物质限量》[3]中对用于有害物测定的试件制备作了如下的规定：
试件应在满足试验规定的出厂合格产品上取样。
若产品中使用数种木质材料则分别在每种材料的部件上取样。
试件应在距家具板件边沿50mm内制备。
试件规格：
长（150±1）mm，宽（50±1）mm。
试件数量总共10块。
制备试件时应考虑每种木质材料与产品中使用面积的比例，确定每种材料部件上的数量。
试件应在实验室内制备。
试件制备后应在2h内开始试验，否则应重新制作试件。
3.对标准取样方法的探讨
取样是一个关键的环节，取样的标准正确与否直接影响到检测的可信度与准确度。
分析结果的质量与获得的样品代表性密切相关，获得的分析结果只有在样品与监测项目的目标相符时才会有意义[4]。
对于家具来说，具体取样较为简单，关键是取样的标准和条件，只有取样的标准合理、科学，有代表性，实际的取样和测定才有意义，否则取样时再精确，测定方法再先进，也不能真实地反映实际情况。
对标准中取样的规定，本作者认为还有不完善的地方，在此提出来，供讨论。
3.1 木家具的界定
就家具甲醛释放量指标，在取样和测定前，本人认为首先应该对“木家具”有一个明确的界定，其次取样应该与产品的分类联系起来。
尽管标准中已限定家具为木家具，它应包括实木与板式家具，但现在的木家具其内涵与外延都有了根本的变化，不再是单一的实木或是纯粹的人造板构成，而是以木质材料为主，各种材料并存的现状。
如沙发，是否属于木家具，如属于，它的甲醛污染就不仅来源于木质材料，还有它的填充材料和包覆材料。
因此，应明确木家具的概念，并对一些特殊类型的家具进行分门别类地规定，对甲醛释放量的测定应限定条件和对象。
其次，就人造板为基材的家具而言，虽然材料种类是有限的，但结构、尺寸、表面封闭方式、加工工艺以及其他处理方式的种类及组合方式是形形色色、千差万别的，而且每一个因素的不同，都将影响家具产品甲醛的释放量。
因此，按影响甲醛释放量这一原则对木家具进行合理分类，并针对性地规定取样方法和计算方法，这样做，也许在反映家具甲醛的释放量方面更合理、更真实一点。
为此，还将寻找大量科学依据进行证实。
当然这是在现行标准的测定方法的前提下的建议，倘若测定方法、计算方法都变了，也许就没必要分类了。
3.2 家具装载度对家具甲醛释放量的影响
所谓装载度，是指所测样品表面暴露在测试室空间内的总面积与测试室空间容积之比。
根据Andersen等人的研究（1975）[5]，测定室内甲醛浓度与板子装载度的关系呈现为曲线（见图1）。
从图上可以看出，板子的装载度对甲醛浓度影响之大是显而易见的，同理，由人造板构成的家具的装载度对其甲醛释放量的影响应是相似的，甚至更胜于人造板。
因为，如果按人造板的表面积来算，一件家具与另一件家具之间可以相差几倍到几十倍。
如，一个小茶几与整墙的书柜，当其它测试条件相同时，显而易见，他们的甲醛释放量必然不在一个数量级上。
因此，在测定家具甲醛释放量时就必须考虑装载度的影响。
美国的居室与城市发展部（HUD）就采用了与室内暴露面积相当的承载率来制定标准[6]。
另外美国标准（ANSI）对各种人造板的甲醛释放量的规定中也是在一定的承载率的基础上建立的。
现行的ANSI甲醛释放量见表1。
而本标准的干燥器法测出的结果是反映不出装载度对甲醛释放量的影响的。
它仅仅是对材料中甲醛释放量的反映，而不是家具。
这就给我们提出了一个严肃的问题：
现行标准条件下的干燥器法是否适合于家具甲醛释放量的测定？
怎样完善现行的干燥器法？
有没有更合理的测定和评价方法？
α（m2/m3）装载度
图1 在各种不同的气候条件下甲醛浓度与板子装载度的关系（Andersen等，1975）
表1 甲醛释放量ANSI标准
产品
要求ppm
承载率m2/m3
MDF
0.3
0.26
刨花板（所有级别，除了地板）
0.3
0.43
地板等级刨花板及衬垫材料
0.2
0.4
硬木胶合板（所有级别，除了壁板）
0.2
0.43
壁板（硬木胶合板）
0.2
0.95
注：
承载率就是指装载度。
这些问题使消费者和家具企业普遍感到疑惑和迷茫。
这些疑问不解决，至于如何精确取样和测定，对最终测出的甲醛释放量的真实性、可信度和可比性而言，已显得不重要了。
3.3 家具表面封闭方式对家具甲醛释放量的影响
家具的表面封闭方式对降低家具中甲醛释放量的作用已被大量的研究所肯定[7]，而且不同的封闭方式其效果也是不同的。
Barghoorn（1979）就发表了测试室中各种不同表面封闭方法效果的对比材料[5]，表2清楚地显示出各种不同表面封闭方式得到不同的效果。
因此，在取样时不应只按木质材料的不同而分别取样，而且还应考虑即使同一种基材，由于表面封闭形式不一样，也应分别取样，否则反映不出其表面封闭以后抑止甲醛释放量的效果。
表2 各种不同表面封闭方式处理方法对测试室内空气中甲醛含量的影响
表面封闭方式
室内甲醛浓度ppm
基板，不封边（0值）
12
贴纸板，封边
0.81
微薄木贴面板，封边
0.19
三聚氰胺涂饰板，不封边
0.10
三聚氰胺涂饰板，封边
0.02
聚酯漆涂饰板，不封边
0.09
聚酯漆涂饰板，封边
0.02
SH复面板，封边
0.08
0.03
3.4 家具零部件上的孔眼和槽口对家具甲醛释放量的影响
现代板式家具的接合方式主要以孔眼和槽口为主，核心板－旁板上，结构孔和系统孔加起来，孔的数量常常有几十到上百，孔深常常能达到板厚的中心部位（以孔深13mm为例）。
从这些结构上造成的人造板内部区域的出路或开口常有较大量的甲醛逸到外界，因为氨基树脂胶合的人造板中间层通常比表层具有更高的甲醛散发能力[5]。
因此，测定家具中的甲醛释放量，如不考虑这些孔或槽的影响因素，将是不合理也是不科学的，也不能真实反映家具中实际的甲醛释放水平。
标准中的取样方法和试样的尺寸，使得在测试试件上几乎不能反映这些孔和槽的分布，因而测定结果就反映不出它们的影响。
3.5 陈放及其陈放条件对家具甲醛释放量的影响
在发布的标准《人造木质板材》HJBZ37-19中，用气候箱法测定的人造板，除了规定取样的条件外，还规定了木质板材样品的预处理，即木质板材不能直接进行测试，需要进行“空气接触处理”，否则测试结果易出现假阳性。
处理方法是将样品放在环境参数与气候箱相近似的房间内。
存放时间因出厂时间的不同而不同。
经大量的研究，不论用那一种方法测定木质材料中的游离甲醛，甲醛释放量都是时间的函数，都与时间有着密切的明显的联系。
如图2，就反映了刨花板在不同换气数条件下，甲醛释放量随时间变化的情况。
由于现代家具多为人造板家具，因此它的甲醛释放量必然与人造板一样，与时间也有着密切的联系；倘若不加以在陈放时间及条件上的限定，不仅影响了测试结果的真实性，而且使不同的测试结果之间不具有可比性。
因此，建议对所测家具的材料及其成品的生产时间、陈放时间以及陈放条件进行规定，以保证测试条件的统一性和测试数据的可信性。
室内装载度（1m2/m3）
图2 不同换气数条件下，E2级刨花板甲醛释放量随时间的关系
综上所述，家具的种类、承载率、表面的封闭方式、家具的零部件的结构以及家具的陈放时间及陈放条件等，对家具中的甲醛释放量都有较大的影响。
因此，在测定木家具甲醛释放量时，对取样的条件进行限定是十分必要的，如什么样的家具需要取样，在什么时候、什么环境条件下取样等，这对合理公正地反映家具中的有害物释放情况是非常重要的。
4.标准中家具甲醛释放量的测定方法
在了解家具甲醛释放量测定方法之前，我们有必要先来了解人造板中甲醛释放量的测定方法。
因为最重要的原因就是构成标准中的木家具的主要原材料是人造板。
了解了人造板甲醛释放量的测定方法，在某种意义上，就了解了家具的。
4.1 人造板甲醛释放量的测定方法
随着人造板使用的日益普及和甲醛污染问题的日益突出，人造板甲醛释放量测试方法不断发展，环境测试舱法、穿孔法、干燥器法、气体分析法、缝隙抽吸法、风道法、双缸法、微量扩散法等方法[8]应运而生。
各种测试方法测量结果之间有一定的数量关系，但不可简单地相互换算，这是因为板材种类繁多、生产工艺不一，加之不少方法样品代表性差，且测试往往受环境条件影响比较大。
所以，不同方法之间不便于相互比较。
最新的国家标准GB18580-2001规定的人造板甲醛释放量测试方法为：
穿孔法，干燥器法，环境测试舱法。
穿孔法测试得到的是被测试件的甲醛含量，而不是甲醛释放量。
干燥器法和环境测试舱法所测得到的数据是游离甲醛释放量。
由于测试方法的不同，因此对人造板进行环境性能指标分级的方法也不同。
一般有两类分类方法，一种以人造木板含有游离甲醛的含量进行分类，一种以人造木板散发甲醛的量进行分类。
两种思路，两类方法。
人造板游离甲醛释放过程受多种因素影响：
板材种类、木材原料、胶粘剂与用胶量、板材厚度、板材含水率、板材的表面处理情况、环境温度湿度等。
因此，对不同种类的板材，考虑到经济性、方便性及其习惯，其测定游离甲醛释放量或含量的方法，也有所不同。
人造板及其制品中甲醛释放量试验方法及限量值[9]见表3。
表3人造板及其制品中甲醛释放量试验方法及限量值
产品名称
试验方法
限量值
使用范围
限量标志
中密度纤维板、高密度纤维板
、刨花板、定向刨花板
穿孔萃取法
≤9mg/100g
可直接用于室内
E1
≤30mg/100g
必须饰面处理后可允许用于室内
E2
胶合板、装饰单板贴面
胶合板、细木工板
干燥器法（9～11L）
≤1.5mg/L
可直接用于室内
E1
≤5.0mg/L
必须饰面处理后可允许用于室内
E2
饰面人造板（包括浸渍纸层压木质地板、实木复合地板、竹地板、浸渍胶膜纸饰面人造板等）
气候箱法
≤0.12mg/m3
可直接用于室内
E1
干燥器法（40L）
≤1.5mg/L
环境测试舱法测定的是游离甲醛释放量，可以给出板材释放甲醛的时间过程，并且其测定结果更能反映民用建筑室内环境的实际情况，因此，其测量结果更接近于实际，也更有用，它代表着人造板甲醛释放量测试的发展趋势。
目前美国采用环境测试舱法而不再采用穿孔法，并且建议用大环境测试舱（不小于5m3）进行测试。
在我国，环境测试舱法在板材生产厂家应用有一定难度。
4.2 家具中甲醛释放量的测定方法
家具中的游离甲醛主要来自制作家具的人造板材料。
基于这点，GB18584-2001《室内装饰装修材料－木家具中有害物质限量》中规定的测试方法为GB/T17657－1999中4.12规定的24h干燥器法。
4.3 测定方法中存在的问题
从表3可以看出，不同种类的人造板甲醛释放量的测定方法也有所不同，这是比较合理的。
然而，由不同种类的人造板混合构成的家具，其甲醛释放量的测定方法只是一种。
在这一点上，是否合理，还需研究。
此外，就干燥器法而言，尽管有许多优点，如操作简单易行，测试时间短，成本低等，但它对测定家具的甲醛释放量来说，也有许多弊病，现列举如下：
⑴真实性较差。
由于小样的释放量并不等于大覆面人造板的甲醛释放量，零部件的甲醛释放量总和并不等于整个家具的甲醛释放量。
因此测试结果与实际家具的甲醛释放量相差较大。
俄国在用TOCT27678-88即穿孔法来测定木质人造板及其制品的生态指标问题上的最新研究表明，一套家具，不能作为讨论包含有一整套其他材料的所有成套家具的生态基础。
所用聚合物和木质材料的不同组合和方案将产生不同的有害物质释放的混合物，可见，必须测量整个所有制品的全部释放物的指标。
同时，还应考虑使用条件的影响--温度、湿度和空气交换速度等。
因此，木质人造板及其制品生态指标的测定方法应从根本上重新研究和修改[10]。
因此，以小样的甲醛释放量来代替一套家具的甲醛释放量，也是不合理的，同时到底反映了家具中多少实际的甲醛释放量，还需进一步研究。
⑵模拟性较差。
不能真实地模拟家具实际使用时的条件，如温度，湿度，承载率，换气数等，因此，测试值代表性较差，也因此不能动态地反映家具甲醛释放量随影响它的主要因子变化而变化的规律。
⑶连贯性和可比性较差。
由于干燥器法与穿孔法、测试舱法之间的数学关系还没有弄清，即使有研究的，且找出了一定的数量关系，但当试验的条件、材料、技术等的改变，研究出来的数学关系也将随之而变化。
因此，几个方法之间缺乏连贯性和可比性，在数量关系上无法比较，造成单位上的混乱和进行相关研究的困难。
如同样是家具上的一个人造板试件，当它来自于人造板材料时，它用于测定甲醛释放量的方法是穿孔法，而作为家具试件时用的是干燥器法。
到底通过家具的工艺处理方法使板材中的游离甲醛释放量发生了什么变化，由于测试方法的不同，很难直观反映出来。
又如干燥器法测定甲醛释放量的单位是mg/L,与气候箱法（mg/m3）和穿孔法（mg/100g板）测定的甲醛释放量的单位很难换算，与室内空气质量标准中的甲醛释放量的单位（mg/m3或ppm）之间也不好类比。
而材料、家具与室内空气质量是一个系统中的不同环节，如果各个环节各成体系，缺乏可比性，对改进材料和最终的空气质量，都是不利的，并且给相关研究也带来了一系列的困难。
⑷经济性较差。
必须破坏性取样，无论对家具企业还是消费者来说，经济损失较大。
4.4 对测定方法的探讨
对测定方法，前面都是就方法论方法；是否可以换一种思维方法，检测家具的有害释放物，不是直接从家具上取样，而是间接地从它释放的空气中取样，再进行测定其甲醛含量。
这与干燥器法、环境测试箱法测定甲醛释放量本质是一样的，都是最终测定释放于空气中的游离甲醛的量,只是干燥器法测的是从空气中又溶到水中的甲醛释放量。
这样既简化了取样，避免了较大的材料浪费，同时又非常具有代表性，较之局部取小样，更能代表作为整体家具有害物的释放情况。
但是，这也存在对空气如何取样的问题，并且对取样的可靠性必须进行论证。
其次，是否能考虑就按照《标准》中的取样方法，但在家具生产前做出样本，进行测定，从而判断甲醛释放量是否超标，而不是在成品以后再取样。
这样可以预防在先，从而尽早发现问题，减少不必要的经济损失，同时又能达到效果。
再者，最经济的、最方便的方法莫过于便携式、直读式的测定仪了。
这种仪器正在被广泛的应用于大气以及室内空气中有害物释放的测定上。
如美国Interscan公司经销的便携式甲醛分析仪，它能满足现场多点、大批量监测的需求，同时以直读形式来测定室内空气中甲醛,操作简便、快速,省时省力,携带方便。
它的检测原理是:
由泵抽入的样气通过电化学传感器、扩散和吸收进入传感器的甲醛气体分子,在适当的电极电位下发生氧化反应,所产生的扩散电极电流与空气中甲醛浓度成正比。
量程范围0～10ppm,最小检测量0.01ppm，精密度10%。
这种仪器在卫生系统正在被推广，同时被建议作为国家标准中的测试仪器。
类似这样先进的便携式仪器，我们是否可以考虑把它应用于人造板及其制品行业。
5.结论
通过以上对标准中的取样问题和测试方法的讨论，可以得出：
⑴应明确标准中的木家具概念，对家具进行合理分类，使取样更具代表性和针对性，从而保证最终测试结果的有效性和可信度。
⑵在取样前，应考虑家具的装载度、材料的储存期、家具的陈放时间、表面封闭形式（包括家具零部件的端部封边形式）以及零部件上的各种孔对成品家具中的甲醛释放量的影响；在取样时，应反映出这些特征，才能真实地测试出家具实际的甲醛释放量。
⑶应进一步研究穿孔法、干燥器法与环境测试舱法之间的数学关系，从而更好地了解和研究各种人造板与家具以及室内空气之间具有可比的有延续性的甲醛释放的状况，从中找出有效降低甲醛释放量的措施。
⑷干燥器法并不是最好的测试家具甲醛释放量的方法，因此，我们在使用过程中，还应努力尝试新的取样方法和测试方法，积极寻找非破坏性取样的方法和便携、直读式测试仪，使标准在实施过程中简化、快捷、合理、准确、经济，尽量减小企业的经济负担，同时又具有可信度。
总之，方法是发展的，标准也不是一成不变的。
最好的方法是存在的，但都是有条件的。
我们应该辩证地认识这个问题。
随着材料科学的进一步发展和测试技术的进一步完善，标准也会更加完善、科学，同时标准的实施也将更加便利、有保障。
目前，在现有标准的基础上，我们应加大基础研究力度，一方面寻找成本低又便于检测，同时又有说服力和可信度的取样和检测方法；另一方面更重要地是应积极帮助企业解决现行标准实施过程中存在的实际问题，只有这样，才能推动标准顺利、快速地实施。
6.参考文献
[1]薛晖.“绿色家具”双保险.《北京晨报》，2001-07-09
[2]《室内建筑装饰装修材料有害物质限量家具》国家强制性标准编制说明（送审稿）.国家家具质量监督检验中心，2001.11
[3]《室内装饰装修材料木家具中有害物质限量》中华人民共和国国家标准GB18584－2001
[4]《民用建筑工程室内环境污染控制规范》辅导教材.编委会,中国机会出版社，北京,2002
[5]（联邦德国）E.罗法埃尔.人造板和其他材料的甲醛散发.中国林业出版社，1990
[6]伯.哈尼让.甲醛含量及释放规则与检测.家具,2002,第2期
[7]周定国.刨花板甲醛散发的研究.南京林业大学博士论文，1996
[8]周定国.人造板甲醛散发测试方法.中国林业出版社,1996
[9]《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》中华人民共和国国家标准GB18580－2001
[10]《国外林产工业文摘》.1999年第5期,文摘号991845.木质人造板及其制品的生态指标.（刊，俄）1998，（6）.3～4
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